3.4.1.1. Các vấn đề chung khi đo lưu lượng không khí nạp
Không khí là một hỗn hợp bao gồm các thành phần sau:
Bảng 3.3. Thành phần các loại khí trong không khí tính theo khối lượng và thể tích
Khí (%) Theo khối lượng Theo thể tích
Ô xy (O2) 23,15 20,95
Ni tơ (N2), khí hiếm
(Ar), CO2, HC, NOx,… 76,85 79,05
31 Những khí hiếm phần lớn là Argon, hơi nước, CO2, HC, NOX,… thông thường chiếm 0,2% tới 2,0% của thể tích không khí khô.
Lượng hơi này phụ thuộc nhiệt độ và điều kiện môi trường. Nó có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất làm việc của động cơ. Không chỉ ảnh hưởng đến thành phần khí xả mà nó còn ảnh hưởng tới quá trình đo chính xác lưu lượng không khí.
Sự quan hệ giữa áp suất, giá trị đặc trưng và tỷ trọng của không khí, được mô tả bằng phương trình sau:
Pa× 105 = ρRTa (3.1)
Ở đây R ( R = 287 J/kgK) hằng số khí của hỗn hợp không khí
ρ (ρ = 1.2kg/m3) khối lượng riêng của không khí trong điều kiện áp suất, nhiệt độ ngang mực nước biển.
3.4.1.2. Đo lượng khí nạp vào động cơ.
Đo lượng khí nạp vào động cơ sử dụng phương pháp tương tự hộp không khí (Air box)
Không khí sau khi đi qua bướm ga, áp suất rơi sau bướm ga sẽ được đo bằng cảm biến MAP. Trong thực tế phép đo này sử dụng nếu độ giảm áp không vượt quá 120 mmH2O (1200Pa). (Vì nếu áp suất nhỏ hơn giá trị này, không khí được xem như dòng chảy không nén được và làm cho việc tính toán lưu lượng khí đơn giản hơn rất nhiều.)
Vận tốc U của không khí khi đi qua sau bướm ga, được xác định theo sự chênh lệch áp suất như sau:
ρ U2/2 = ∆p ; U = √2∆pρ (3.2)
Trong đó: ρ : Mật độ không khí (kg/m3)
∆p : chênh lệch áp suất ở họng nạp Pa, mmH2O
Ta chọn hệ số nạp của lỗ Cd = 0,6 là tỷ số giữa diện tích thông qua của lỗ và diện tích thực tế.
Chúng ta tính được lưu lượng không khí đi qua họng đo theo công thức sau:
Lưu lượng khí nạp = hệ số nạp × diện tích mặt cắt của lỗ nạp × vận tốc của dòng khí
32 Q=Cdπd21 4√ 2∆p ρ (3.3) Từ (3.1) với Pa× 105 = ρRTa ta suy ra ρ=Pa×105 RTa
Ở đây R (R = 287J/kgK) hằng số khí của hỗn hợp không khí.
ρ (ρ = 1,2 kg/m3) khối lượng riêng của không khí trong điều kiện, áp suất, nhiệt độ ngang mực nước biển.
Độ chênh lệch áp suất ∆𝑝 viết dưới dạng cột áp hmmH2O vì vậy có thể viết:
Q =Cdπd21 4√2×
9,81h×287Ta
Pa×105 (3.4) Để tính toán khối lượng của dòng khí cần chú ý:
m'= ρQ =Pa. Q RTa Từ công thức (3.4) ⇒m'=Cdπd 2 4 √ 2×9.81hPa×105 287Ta (3.5) m'=64.94Cdd2√hPa Ta (3.5a) Trong đó: h : độ chênh lệch áp suất ( mH2O) Pa : áp suất khí quyển ( mH2O) Ta : Nhiệt độ khí nạp ( Kelvin)
Cd = 0.6 đối với lỗ nạp có tấm chắn (bướm ga) d : đường kính của lỗ nạp ( m)
m': Khối lượng không khí đi qua lỗ nạp ( kg/s)
Công thức (3.5a) cho mối quan hệ cơ bản để đo khối lượng không khí qua họng đo, vòi hoặc mẫu ống venturi. Nên ta có thể áp dụng công thức này để tính toán khối lượng khí nạp đi qua cổ nạp[14].
33